木材泡沫（Wood Foam）是一種新產(chǎn)品。其于去年10月在威爾士Llandudno舉行的國(guó)際板材產(chǎn)品研討會(huì)（International Panel Products Symposium）上發(fā)布，被認(rèn)為是一種全新的木質(zhì)材料，并開(kāi)辟了新的使用和替代石油產(chǎn)品的途徑。

木材泡沫（Wood Foam）是由位于德國(guó)Braunschweig的弗勞恩霍夫木材研究所（Fraunhofer Institute for Wood Research）開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。該產(chǎn)品很輕，多孔，強(qiáng)度高。產(chǎn)品的潛在應(yīng)用很多。作為一種輕質(zhì)、開(kāi)放結(jié)構(gòu)的泡沫材料，具有低密度和高絕緣性能，一個(gè)非常明顯的用途是作為包裝材料（圖1）代替普遍存在的聚苯乙烯泡沫。作為包裝材料，便于消費(fèi)者使用并且易于消費(fèi)者通過(guò)紙張回收途徑處理。作為磚體材料，可以起到隔音或隔熱的作用?？梢圆捎幂p質(zhì)板材的形式，具有結(jié)構(gòu)特性和強(qiáng)度，提供許多可能的用途。其他的應(yīng)用是用于家具、門或完整墻部件的夾層板中的輕質(zhì)中間層?？傊@種材料可能的用途很多。

木材泡沫完全由木材纖維組成，沒(méi)有添加劑。其強(qiáng)度完全來(lái)自木材纖維自身的粘合力。不涉及樹脂、粘合劑或膠水。因此可以消除任何此類添加劑的排放引起的健康問(wèn)題。再次證明了木材和木材纖維的巨大潛力。作為目前由塑料或其他材料制成的許多產(chǎn)品的可持續(xù)性替代品，其生態(tài)潛力似乎極為誘人。具備的力學(xué)和物理特性將使其成為眾多工業(yè)應(yīng)用的起點(diǎn)。

嘗試用木材纖維制造發(fā)泡的或泡沫狀的材料可以追溯到20世紀(jì)40年代。含有高濃度木質(zhì)素的廢液（這些液體是造紙和纖維板制造的副產(chǎn)品）被用作木質(zhì)素的來(lái)源;在過(guò)程中加入碳酸，使混合物發(fā)泡并固化。另一方面，發(fā)泡是由吹氣產(chǎn)生的。還嘗試了其他技術(shù)。然而，都沒(méi)有獲得商業(yè)認(rèn)可，而且技術(shù)也隨之丟失。最近，這一產(chǎn)生于戰(zhàn)時(shí)的想法得到了恢復(fù)和調(diào)整。在第二次世界大戰(zhàn)（World War Two）物資短缺期間，在面包面團(tuán)中添加了鋸屑以節(jié)省食物供應(yīng)。2003年，奧地利的研究人員利用了這種想法，將鋸屑與小麥粉和水混合形成面團(tuán)，然后用酵母的作用將其發(fā)酵。烘焙后，該產(chǎn)品被稱為“木制面包（Wooden Bread）”，這是作為一種工業(yè)產(chǎn)品而不是食品。

目前的產(chǎn)品在外觀上，是一種棕色或彩色海綿，觸摸時(shí)很硬，孔隙的大小和比例各不相同，具體取決于所需的密度（圖2）。其唯一成分是木材纖維，可以是針葉材或闊葉材，或?qū)嶋H上任何來(lái)源的木質(zhì)生物纖維，包括農(nóng)業(yè)廢棄物。在實(shí)驗(yàn)室中，使用了山毛櫸和松木。為了使木屑通過(guò)熱磨機(jī)械制漿降解為纖維，在150℃的精磨機(jī)中研磨。然后將其與水混合，得到非常精細(xì)研磨的木材纖維懸浮液。為了使水狀懸浮液發(fā)泡，可以添加蛋白質(zhì)或者氣流吹過(guò)。產(chǎn)品的強(qiáng)度取決于木材纖維本身的粘合力。為了激活，加入過(guò)氧化氫，然后將發(fā)泡的懸浮液在130℃下對(duì)流干燥半小時(shí)，然后在70℃下保持過(guò)夜。（這當(dāng)然是實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程。商業(yè)生產(chǎn)仍在繼續(xù)。）

由于海綿狀的孔隙，結(jié)果產(chǎn)生低密度的剛性結(jié)構(gòu)。到目前為止，密度范圍為40～200 kg/m3，當(dāng)然隨著泵入的空氣量而變化，因此空氣腔的尺寸和比例也不同。兩種機(jī)制將結(jié)構(gòu)保持在一起。一種是木材纖維之間的天然化學(xué)結(jié)合，由過(guò)氧化氫引發(fā)。然而，這些化學(xué)力本身不足以提供足夠的力學(xué)強(qiáng)度。第二個(gè)因素是物理錨固和纖維束之間的纏結(jié)。在顯微鏡下檢查時(shí)，紙漿中未處理的纖維具有非常光滑的表面。為了提供錨固，纖維必須是粗糙的。精磨機(jī)的研磨使其變粗糙，其表面分解成可互相牽連的狀態(tài)。通過(guò)這兩種機(jī)制的組合，可以在不使用任何粘合劑的情況下生產(chǎn)具有相對(duì)高力學(xué)強(qiáng)度的木材泡沫。

力學(xué)強(qiáng)度隨泡沫密度而變化：密度越高，纖維越靠近，木材自身的粘合力和纏結(jié)錨固越強(qiáng)。纖維長(zhǎng)度也增加了力學(xué)強(qiáng)度，在高密度下，松木泡沫具有較長(zhǎng)的纖維，在拉伸和壓縮方面優(yōu)于山毛櫸泡沫。在低密度下，無(wú)論如何壓縮效果都不明顯，因?yàn)榍?0%的壓縮應(yīng)變被空氣腔而不是木材纖維吸收?？箟簭?qiáng)度也隨密度和樹種而變化。115 kg/m3的高密度松木在10%壓縮下的抗壓強(qiáng)度超過(guò)200 kPa;山毛櫸的數(shù)據(jù)是145 kPa。這些可以通過(guò)添加聚氨酯等粘合劑來(lái)增加。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度可以加倍。但這并未完全反映在抗壓強(qiáng)度上：粘合劑確實(shí)具有效果，但與之前一樣，壓縮的主要機(jī)制是氣腔坍塌。

吸水率

木材泡沫的吸水率很高（圖3）。其開(kāi)孔結(jié)構(gòu)類似于海綿。然而，松木纖維含有疏水性（即防水）成分，與山毛櫸相比，可減少松木泡沫的吸水性。其還具有吸收水分的能力，與泡沫密度無(wú)關(guān)——是纖維的疏水性質(zhì)，而不是孔隙的大小。一個(gè)主要的因素是山毛櫸和松木泡沫在水中保持尺寸穩(wěn)定——冷水中24 h后膨脹小于1%，因此有效地防止膨脹。然而，吸水可能產(chǎn)生的問(wèn)題，可能促進(jìn)真菌侵襲。對(duì)此可能的解決方案是在纖維混合物中添加混凝土。添加10%的混凝土可將櫸木泡沫的吸水率從31 kg/m2降低到2 kg/m2?；炷临x予泡沫更高的密度。替代的疏水添加劑是硅烷或蠟。然而，這兩者都對(duì)泡沫的強(qiáng)度具有負(fù)面影響。

熱學(xué)和聲學(xué)特性

這種泡沫的一種可能的應(yīng)用是隔熱，可能以地磚或板材的形式。導(dǎo)熱系數(shù)僅取決于泡沫的密度，木材樹種沒(méi)有影響。對(duì)于密度為45 kg/m3的泡沫，導(dǎo)熱系數(shù)可低至0.036 W/mK。聚苯乙烯和木材纖維保溫板材的值在0.029 W/mK和0.038 W/mK的范圍內(nèi)，因此木材泡沫非常適合作為這些產(chǎn)品的替代品。

同樣，其開(kāi)放結(jié)構(gòu)賦予木材泡沫作為吸音材料的優(yōu)異性能（圖4）。甚至高密度木材泡沫也可用于此處：例如，由松木纖維制成的密度150 kg/m3的30 mm的試樣相當(dāng)于發(fā)泡聚苯乙烯的性能。在較低的密度下，優(yōu)點(diǎn)是顯著的：30 mm厚的密度為70 kg/m3的山毛櫸泡沫樣品產(chǎn)生的吸音效果類似于80 mm厚的聚苯乙烯。

在這兩種應(yīng)用中，耐火性很重要。標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 9239-1的B2測(cè)試要求燃燒距離小于150 mm。木材泡沫試樣（包括長(zhǎng)纖維和短纖維）都通過(guò)了測(cè)試，燃燒距離和火焰持續(xù)時(shí)間相同。當(dāng)木材泡沫與金屬結(jié)構(gòu)結(jié)合時(shí)，在復(fù)合板材中，燃燒距離和火焰持續(xù)時(shí)間顯著減少。

結(jié)論

木材泡沫是一種新穎且有效益的材料，具有巨大的潛力，具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。其可以在各種應(yīng)用中取代石油基產(chǎn)品。作為幾乎100%木材的產(chǎn)品，是安全的。原料是可再生的，可以是小尺寸的枝椏和碎片（價(jià)值很低，實(shí)際上是森林作業(yè)中的廢棄物）。其來(lái)源也可以是纖維性農(nóng)業(yè)廢棄物和濃密植物。成品易于處理，不會(huì)產(chǎn)生絨毛，可以像其他木質(zhì)材料一樣鋸切、粘合或鉆孔，并產(chǎn)生很少的灰塵。無(wú)異味，無(wú)粘合劑，制成時(shí)也不含添加劑，因此避免了對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)憂。對(duì)基于可再生資源的輕質(zhì)木質(zhì)材料和隔熱材料的需求不斷增加，弗勞恩霍夫木材研究所（Fraunhofer Institute for Wood Research）正致力于木材泡沫的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，目的是在不久的將來(lái)將這種材料商業(yè)化。

（網(wǎng)址：http：//www.wbpionline.com/? 陳 玲譯）